化工原理课程设计（奶粉喷雾干燥）

（2） 气流式喷雾干燥的操作特点是结构简单，加工方便、操作弹性大、易于调节，但用于雾化的压缩空气的动力消耗较大，约为压力式和离心式雾化器的5-8倍。

（3） 离心式喷雾干燥的操作特点是：①.塔内只安装一个雾化器便可完成生产任务。②.在一定范围内，可以调节雾滴尺寸。③.生产能力调节范围大。④.在调节处理量时，不需要改变雾化器工作状态。⑤.与压力式喷雾干燥相比，可以适应叫高粘度的料液。

综上所述，本工艺采用并离心式喷雾干燥。

虽然离心式喷雾干燥的不足之处有，喷雾机构造复杂，维修麻烦，钢材要求高质；高速旋转的传动部分要注润滑油，常漏油污染奶粉；乳粉颗粒中空气多，容重小，保存贮藏性差；无均质作用，只可适于立式烘箱。但是这些缺点并不影响它的广泛使用。总的来看，离心喷雾干燥还是经济的，特别是大规模生产时，其经济性极为突出。当蒸发同样水分时，此法要比其他干燥方法来得经济。在喷雾干燥设备中，每蒸发一公斤水分所需的热量消耗约为850～1400千卡。

因此最终确定本生产工艺选用并流、离心式喷雾干燥法进行奶粉的喷雾干燥。

1.2喷雾干燥流程图

包装成品 新鲜空气 过 筛 空气过滤 冷 却 器 排 放 送风机 奶 粉 排风机 空气预热器 喷雾干燥

浓缩乳 离心式喷雾器 图1： 喷雾干燥流程图

旋风分离

二、喷雾干燥装置的计算： 2.1物料及热量衡算 2.1.1空气状态参数的确定

G1 tM1=55℃ 新鲜空气 蒸汽 热空气 浓奶 排气 L t0ф0 H0υH0 I0 L t1 H1υH1 I1 L t2 H2υH2 I2 ф2 t0=20℃，ф0=50% t1=150℃,H1=0.00726 t2=80℃，H2=0.0339 H0=0.00726 热损失QL 空气加热器 冷凝水 干燥塔 奶粉G2 tM2=70℃

图2物料、热量衡算图

2.1.1.1新鲜空气状态参数

由设计任务书给定条件：t0＝20℃,ф0＝50%

查得20℃饱和水蒸汽压Ps0＝17.54 mmHg (2338.59Pa) 湿度H0=0.622ф0Ps0/(P-ф0Ps0)

=0.622*0.5*17.54/(760-0.5*17.54) =0.00726kg水/kg绝干气 热焓I0=(1.01+1.88H0) t0+2490H0

=(1.01+1.88*0.00726)*20+2490*0.00726 =38.554kJ/kg绝干气

湿比容υH0=(1/29+H/18)*22.4*(273+t0)/273

=(1/29+0.00726/18)*22.4*(273+ 20)/273 =0.8387m3(湿空气)/kg绝干气

2.1.1.2加热后空气的状态参数：（[2]，P467。[7],P229-P233）

全脂乳粉的加工工艺流程中，喷雾干燥的操作要点为先将过滤的空气由鼓风机吸进，通过空气加热器加热至130-160℃后，送入喷雾干燥室。如用电热或燃油炉加热，可使干燥介质的温度提高至200℃以上。虽然提高热空气温度可以提高热效率，强化干燥过程，减少干燥塔所需容积，但是考虑到温度过高会影响乳粉的质量，如发生龟裂或焦化，所以干燥介质的温度会受到限制。同时温度过低会使产品水分含量过高而不能达到标准。故加热后的空气温度可确定为150℃。

湿度H1=H0=0.00726Kg水/Kg绝干气

热焓I1=(1.01+1.88*H1)*t1+2490H1

=(1.01+1.88*0.00726)*150+2490*0.00726 =171.628KJ/Kg绝干气

湿比容υH1＝(1/29+ H1/18)*22.4*(273+ t1)/273

=(1/29+0.00726/18)*22.4*(273+ 150)/273 =1.211m3(湿空气)/kg绝干气

2.1.1.3排风状态参数确定：（汇编,P1-8，[7],P305）

干燥的乳粉含水分2.5%以内，从塔底流出，热空气经旋风分离器收集所携带的乳粉颗粒，净化后的空气被排风机送入大气中，排放温度为80-90℃，相对湿度为10-12%。选定排放温度为80℃。但为了防止产品长时间受高温影响而使产品变性，且同时也要防止露水的形成，故奶粉出口温度一般比排气温度低10℃。 就整个干燥器作热量衡算，（[1]下册,P230）

G2CMtM1/W + Cl tM1 +lI0 +l(I1-I0) = G2CM tM2 /W + lI2 +QL

式中：CM-----产品比热，全脂奶粉为2.1kJ/kg℃ (任务书给定)

Cl-----水的比热，4.187kJ/kg绝干气

tM1-----浓奶温度，任务书给定55℃ (任务书给定) tM2-----奶粉出口温度，取70℃

QL-----每蒸发1kg水干燥室的热损失，按工业生产经验取251kJ/kg水（[7],P305：对于保温适宜的干燥室而言：其散失的热量可取60千卡/公斤水，相当于251.04kJ/kg水，而对于空气加热器的热损失可取40千卡/公斤水，相当于167.36kJ/kg水。本工艺保温适宜，故采用热损失为251kJ/kg水。）

W-----每小时蒸发水量（见物料衡算）221.77kg G2-----每小时奶粉产量 （见物料衡算）215.05kg l-----每蒸发１千克水所需空气量Kg,l＝1/(H2－H1) 将上式整理后可得：

Cl tM1-(G2CM tM2 /W－G2CMtM1/W+QL)=(I2-I1)/(H2-H1)

方程左端表示干燥室补充热量与损失热量之差，用Δ表示。 Δ=4.187*55-(215.05*2.1*70/221.77-215.05*2.1*55/221.77+251) =-51.2605KJ/Kg水

Δ=(I2-I1)/(H2－H1)

=[(1.01+1.88H2)t2+2490H2-I1]/(H2－H1) =[(1.01+1.88H2)*80+2490H2-171.628)/(H2-0.00726) =-51.2605KJ/Kg水

解得:H2＝0.03388 Kg水/Kg绝干气 热焓I2＝(1.01+1.88 H2)t2+2490 H2

＝(1.01+1.88*0.03388)*80+2490*0.03388 ＝170.25675kJ/kg绝干气

ф2的求取：由H2＝0.622ф2PS2/(P-ф2PS2) 查得80℃饱和水蒸汽压PS2＝355.1mmHg

0.03388＝0.622*355.1ф2/(760-355.1*ф2)

解得：ф2＝11.06%﹤12%

为保证乳粉水分含量的要求，必须严格控制排风相对湿度ф2=10～12%。由于ф2在此范围以内，所以含水量可以保证。 湿比容υH2=(1/29+H/18)*22.4*(273+t2)/273

=(1/29+0.03388/18)*22.4*(273+80)/273 =1.0533m3(湿空气)/kg绝干气

2.1.2物料衡算：

2.1.2.1 每小时需得奶粉量G2可由年产量，年工作日，日工作班数及喷雾时间求取（相关数据由任务书给定：年产全脂奶粉800吨，年工作日为310天，日工作二班，班实际喷雾时间6小时）

G2=800*1000/(310*2*6)=215.05kg/h 2.1.2.2 每小时喷雾浓奶量及蒸发水分量W G1=G2*(1-W2)/(1-W1) =215.05*(1-0.025)/(1-0.52) =436.82Kg/h

W=G1-G2=436.82-215.05=221.77kg/h

2.1.2.3每蒸发1kg水干空气用量（绝干量计）